南阳市白桐灌区渠首枢纽复建工程施工导流设计与施工

□姜 辉（河南省水利勘测设计研究有限公司）

一、工程概况

白桐灌区为鸭河口水库的主要灌区，设计灌溉面积12.56万hm2。白桐灌区渠首枢纽工程位于鸭河口水库下游19km处的南阳市宛城区新店乡北大占头村附近，主要建筑物包括活动坝一座、冲沙闸一座、进水闸一座。

2010年7月25日，白河上游遭遇暴雨，行洪期间活动坝发生垮塌。白桐渠首拦河坝垮塌，使得河道水位无法壅高，进水闸无法正常进流，农田灌溉及下游工业供水失去水源，严重影响着灌区农业、生产用水安全。

白桐灌区渠首枢纽复建主要工程项目有：活动坝、冲沙闸拆除，新建拦河闸，干渠进水闸加固处理及调度管理设施更新改造等内容。

二、工程条件

主要建筑材料及机电、闸门、启闭机等设备可由南阳市经省道S231运输至工地仓库及堆存场。

枢纽区右岸场地较为平坦、开阔，可用来布置生产、生活区，施工场地条件较好。

施工期间的用水根据工程需要，采用河内抽水并视其情况设置蓄水池，或利用管理单位现有供水系统，满足工程需要。

施工供电从南阳市大占头村东10kV变电站高压侧引入，经工地变电站降压后使用。

三、自然条件

本流域位于秦岭和伏牛山以南，气候分带属暖温带大陆性季风气候区，有温带向亚热带过渡的特点，春季回暖快，雨量均匀，多大风天气；夏季炎热，雨量充沛；秋季凉爽，雨水逐渐减少；冬季干冷，雨雪稀少。多年平均气温为14.90℃；多年平均降雨量为799.6mm，年最大降雨量为1290.1mm（1963年），年最小降雨量为492.2mm（1978年）。全年无霜期225～240d。

枢纽区为白河冲积地貌，由主河道、河漫滩及河流阶地组成。河道右侧为河漫滩，宽约140m，地面高程137.7m～137.0m。河道左侧为河流阶地，由两级阶地组成：二级阶地台面平坦，标高141～142m，表层为粘土覆盖，分布于白河左岸小占头一带；一级阶地分布于白河左岸大占头之西，与二级阶地呈明显陡坎接触。高差4m左右，表层为亚粘土覆盖。

工程区地层岩性主要由新第三系粘土岩、砂砾岩和第四系松散堆积物组成。

四、导流标准

白桐灌区渠首枢纽复建工程主要建筑物级别为Ⅰ级，根据《水利水电工程施工组织设计规范》(SL303-2004)的有关规定，该导流建筑物应按IV级设计，土石围堰的导流标准应为10-20年一遇。根据水文资料分析以及其保护对象、失事后果、使用年限和围堰工程规模等综合分析确定导流标准按10年一遇，建筑物采用非汛期10月份-5月份施工。其中，由于鸭河口水库除险加固施工影响，一期施工时洪水流量为390m3／s，水位134.1m；汛后鸭河口水库除险加固施工完成，二期施工时洪水流量为1525m3／s，水位136.22m；汛期主体工程停止施工。

五、导流方案比较

按照工程规模，对导流方式进行了方案比较：

方案I，分期导流（U型土石围堰）方案

优点：由于枢纽区白河河床宽约350m，施工空间较大，适宜进行分期导流；对施工期灌区的引水影响较小。

缺点：施工场内交通布置困难。

方案II，全断面截流右岸明渠导流方案

优点：根据工程的地形，河道右岸有大片滩地，并且在拦河闸址下游有一条汛期洪水冲刷而成的河沟，宽约20m，可用来布置导流明渠；施工场内交通较方便。

缺点：由于河道流量较大，明渠开挖较宽（约100m），开挖量大，并且为了不影响白河河堤的安全，需对导流明渠进行块石防护，投资较大；对施工期灌区的引水影响较大。

经综合比较，选用方案I分期导流施工的方案，一期首先完成冲沙闸拆除、进水闸加固、新建拦河闸左岸1～5联底板、闸墩及部分机电、金属结构设备安装调试等工程；二期完成拦河闸1～5联上部结构、6～12联全部及剩余机电、金属结构设备安装调试等工程。

表1 两个方案工程量及投资对比表

六、导流建筑物设计和施工

为了白桐灌区渠首枢纽复建工程能够顺利实施，施工导流需要修建土石围堰，对围堰型式进行方案比较：

方案一，堰体防渗采用粘土心墙方案,共需粘土约32242m3，投资39.53万元；

方案二，堰体防渗采用采用高喷灌浆方案，需灌浆2537.5m，投资111.81万元。

经比较，方案一比较经济合理，围堰型式采用方案一。

一期施工期洪水流量为390m3／s，相应上游水位134.3m，下游水位134.1m，施工拦河闸1～5联。围堰底部最低高程131.50m，确定堰顶高程为135.0～134.8m，围堰最大高度3.5m，围堰顶宽度取6m，迎、背水面坡分别为1：2.5和1：2，围堰总长约470m。根据围堰的高度和断面设计，围堰填筑18259m3，围堰拆除12325m3，围堰迎水面采用土工布2213m2，编织袋防护664m3。

二期施工期洪水流量为1525m3／s，相应上游水位137.6m，下游水位136.22m，施工拦河闸6～12联，通过1～5联导流。围堰底部最低高程131.5m，确定堰顶高程为138.5～137.0m，围堰最大高度7.0m，围堰顶宽度取6m，迎、背水面坡分别为1：2.5和1：2，围堰总长约490m。根据围堰的高度和断面设计，围堰填筑52222m3，围堰拆除47000m3，围堰迎水面采用土工布4615m2，编织袋防护1385m3。

由于主体工程建基面位于第①～③地层中，其中第①、③层具有强透水性，渗透系数分别为2.07×10-2～3.53×10-2cm/s、1.10×10-2～8.38×10-2cm/s，其下为隔水层砂砾质中壤土，渗透系数K=2.32×10-5cm/s。为确保工程顺利实施，在各期基坑外采用高喷灌浆的防渗方案。高喷灌浆轴线布置在围堰下，灌浆钻孔至第④层砂砾质中壤土中，平均钻孔深度10m，孔距1.2m，周长920m，钻孔进尺8050m。各期临时工程量见表2。

围堰填筑充分利用河滩开挖料，粘土心墙所需土料从河道左岸取土，待围堰拆除后再回填土料场；围堰填筑采用1m3挖掘机装8～10t自卸汽车运输，采用进占法施工，74kW推土机碾压。围堰拆除，采用后退法施工，1m3挖掘机装8～10t自卸汽车运1km至弃渣场。

表2 临时工程量表

七、施工期灌区引水

一期施工时，不考虑灌区的农业灌溉供水要求，仅满足工业供水要求（供水流量1m3/s），在围堰内埋设5根直径50cm的钢管并配备4台IS100-80-125型清水式离心泵（流量50m3/h，扬程5m，电机功率1.5kW）；二期施工时，修筑土石围堰，水位雍高至136.0m，通过进水闸调节，满足灌区用水基本需求。

八、施工排水

施工排水任务主要是基坑渗水、雨水和施工弃水。采用挖排水明沟，设集水井的方法汇集基坑集水。排水明沟沿基坑底部周边布置，集水井设在四角，配备IS50-32-125型清水式离心泵4台，流量12.5m3/h，扬程20m，电机功率2.2kW。

九、结语

白桐灌区渠首枢纽是白桐灌区的重要建筑物，担负着整个灌区的正常供水使命。本设计从实际勘查出发，充分结合了本工程的自然地形、地质条件，经技术经济综合分析研究，采用分期导流（U型土石围堰）方案可以达到经济、合理和安全的目标。